Erinevate pinnaste soojusjuhtivus ja maakollektori pikkus
Maasoojuspumba paigaldamisel on väga oluline arvestada maapinna soojusjuhtivust ja niiskuse sisaldust, mis Eestis regiooniti erinevad. Neist parameetritest sõltub paigaldatavate kollektorite pikkus ning seonduvalt ka küttesüsteemi investeeringu suurus. Korralike uuringute puudumisel võib juhtuda, et paigaldatakse pikem kollektor kui tegelikult vaja ja nii võivad omakorda suureneda energiakulud soojuskandja pumpamiseks süsteemis.
Pinnas on akumulaator, mis ammutab päikeseenergiat läbi otsese kiirguse või kaudselt vihma ja sooja õhu kaudu. Maapinnas akumuleerunud päikeseenergia kandub üle maapinda vertikaalselt (soojuspuuraugud) või horisontaalselt (maakollektor) paigaldatud kollektoritele. Maakollektor on pinnasesse maetud 1-2 m allpool maapinda, paralleelselt asetsevate torudena, mille sees ringleb külmakandja. Need võivad olla üksikult, üksteise all kihiti või spiraalidena. See, kui palju torusid paigaldada, sõltub pinnase päikeseenergia akumulatsiooni ja konduktsiooni võimest, mis omakorda sõltuvad pinnase niiskussisaldusest ja lõimisest ehk terasuuruse jaotusest.
Alamõõdus torustike korral madalatemperatuuriline soojusallikas lihtsalt “hääbub”: temas akumuleerunud soojus kasutatakse kiiremini ära ning ka maapinna temperatuur langeb. Tagajärjeks on kompressoris tekkiv alarõhk, võimalikud kompressori seiskumised ja süsteemi madalam efektiivsus. Sellise olukorra vältimiseks on maakollektorit paigaldades soovitav järgida reegleid:
- 1 m² köetavat pinda vajab vähemalt 3 m maakollektorit
- 1 m² köetavat pinda vajab vähemalt 3,6 m² vaba maapinda
Tavaliselt asetatakse kollektorid maapinda horisontaalselt, optimaalseks sügavuseks on 1,2 kuni 1,8 meetrit. Torud läbimõõduga 25-63 mm asetsevad paralleelsete ridadena vahekaugusega 0,5 kuni 0,7 m ja enam. Torustiku soojusvastuvõtt niiskes pinnases on 15-20 W/m², kuivas pinnases aga 10-25 W/m². Alljärgnevalt on esitatud mõned horisontaalsete süsteemide dimensioneerimiseks kasutatavad võimsused pindala kohta, sõltuvalt pinnase tüübist:
| Pinnase tüüp | Erivõimsus W/m² |
|---|---|
| Kuiv liivane pinnas | 10–15 W/m² |
| Niiske liivane pinnas | 15–20 W/m² |
| Kuiv savine pinnas | 20–25 W/m² |
| Niiske savine pinnas | 25–30 W/m² |
| Põhjaveega pinnas | 30–35 W/m² |
Torude vertikaalasetuse korral paigutatakse kollektorid (pinnasesondid) puuraukudesse. Puuraugu sügavus on tavaliselt 20–200 m ja diameeter 100–200 mm. Selles asuva U-toru diameeter on reeglina 20–40 mm. Puuraugud betoneeritakse peale sondi paigaldamist, luues kinnise süsteemi ja seetõttu ei ole vaja määrata ka sanitaarkaitseala ega veevõtukoha hooldusnõudeid. Vertikaalsete süsteemide dimensioneerimiseks kasutatavad keskmised soojushulgad puuraugu jooksva meetri kohta, lähtudes kivimi tüübist, on esitatud alljärgnevalt:
| Kivimi tüüp | Erivõimsus W/m² |
|---|---|
| Kuiv kruus ja liiv | < 20 W/m² |
| Veega küllastunud kruus ja liiv | 55–65 W/m² |
| Lubjakivi | 45–60 W/m² |
| Liivakivi | 55–65 W/m² |
Pinnasetemperatuur maapinna erinevatel sügavustel, selle soojenemine ja jahtumine olenevad pinnasekihtide struktuurist. Mingil sügavusel temperatuuri muutused aasta vältel lakkavad. Eestis on selliseks sügavuseks ~18 m.
Allikas: Refereeritud TTÜ Soojustehnika Instituudi materjalidest, link.